人工神经网络在水文水资源中的应用

人工神经网络理论被广泛地应用于水文水资源领域中各种问题的研究,依问题性质不同将其划分为4大类:(1)分类和识别问题;(2)预测预报问题;(3)优化计算问题;(4)基于神经网络的专家系统研制与开发问题,对人工神经网络在水文水资源中的应用现状作了较全面的介绍。还指出了目前应用中存在的主要问题以及今后的研究方向。     

全球主要流域径流变化趋势分析与定量归因

受水文站数量与空间分布的制约,目前径流变化研究集中于区域或流域尺度,基于实测数据且综合考虑多种因子影响的全球尺度径流变化趋势归因尚待开展.基于此,本文整合多套站点实测径流数据,并提取各站点对应集水区范围的气象和植被数据,构建了当前站点数量最多、空间分布最完整的全球气象水文数据集.采用Mann-Kendall等趋势分析方法,检测了全球4 469个水文站点径流变化趋势;基于随机森林方法,建立全球径流变化趋势归因框架,定量评估了降水、潜在蒸散发、植被叶面积指数、融雪4个驱动因子对全球主要流域径流变化的影响.结果表明,全球径流变化以减少趋势为主,径流显著减少（增加）趋势站点占比28.2%(9.7%).植被变化主导了全球42.2%的水文站点径流变化趋势,高于降水（35.3%）、潜在蒸散发（12.5%）和融雪（10.0%）主导的站点.     

说说水循环之流域水文模型

水文模型一直是水文学研究的一个重点,尤其是近几十年来,随着人们在防洪减灾、水库调度、生态环境保护、水资源开发利用、城市规划等方面涉及的水资源问题日益突出,水文模型作为水资源定量评价、配置、开发和利用的一种重要工具的功能被进一步强化,这一点在流域水文模型上尤其明显。     

格陵兰岛冰盖消融时空特征(2003~2015年)及其对海平面上升的贡献

研究格陵兰冰盖（GrIS）质量变化异常速率可以帮助了解异常气候事件驱动海平面变化的机制.聚焦于2010~2012年GrIS质量变化的异常速率,及其对海平面指纹（SLF）和相对海平面（RSL）变化的贡献.通过联合2003~2015年GRACE月重力场数据和表面质量平衡（SMB）数据,采用mascon拟合法及网格尺度因子恢复泄漏,获得了6个流域的质量变化时空分布.基于海平面变化方程（SLE）并考虑负荷自吸引效应估算了SLF的空间分布.结果表明,2003~2015年间GrIS总质量变化速率分别为-288±7 Gt/a及-275±1 Gt/a;而在2010~2012年间速率相应地增加至-456±30 Gt/a及-464±38 Gt/a,该时期格陵兰西北海岸及东南沿海地区呈现出大量冰盖融化,其对海平面的贡献变化呈现倒“V”型（即先升后降）,而全球平均海平面变化呈现出明显的正“V”型（即先降后升）.另外,GrIS融化对海平面的贡献约为31%,造成全球平均RSL增加了0.07 cm/a,而对斯堪的纳维亚及北欧地区的RSL贡献为-0.6 cm/a,GrIS融化造成的远海地区RSL上升速率比全球平均RSL速率高近30%.      

新一代水文水资源监测卫星SWOT数据特征、应用与展望

水文水资源监测是对地观测系统的重要任务之一,是支撑新时代水利高质量发展、满足“三水”共治需求和践行“十六字”治水策略的直接有效途径,而卫星遥感技术提供了一种大范围、快速和高精度的数据获取渠道。但是现有卫星遥感在水文水资源应用上存在多星同步观测难、应急响应能力差和易受天气影响等问题,因此美国国家航空航天局于2022年12月发射了地表水和海洋地形卫星（SWOT）,这是全球第一颗通过多传感器协同观测全球陆地和海洋水资源的卫星,预期将极大提升水文水资源监测的时空分辨率和精度。系统梳理了水文水资源监测卫星发展现状、应用和技术难点等概况,并分析了SWOT卫星的参数、科学任务、算法流程和应用产品等内容,对我国后续卫星设计规划和数据处理关键技术有一定的参考价值。     

台湾海峡西侧海湾-岛屿系统影响下的流场年季变化——以南日水道为例

台湾海峡地理位置独特,西侧海域海湾 岛屿系统普遍发育,显著影响了海域流场分布。同时,海峡西岸经济区的快速发展对区域海洋动力环境背景场及其变化的精细认识提出了更高的要求。福建莆田南日岛西侧南日水道是连通兴化湾与平海湾的主要水道,是区域海洋动力环境的“咽喉”所在,在区域海洋环境保护与科学开发利用中居于至关重要的位置。为了全面认识台湾海峡西侧海湾 岛屿系统影响下区域海洋动力环境背景场的年季变化,本研究利用布放在南日水道的座底观测系统获得的周年海流资料,结合同期气象风场资料,通过数据统计分析、调和分析、滤波处理和小波变化等手段,研究了南日水道内海流的季节变化规律和驱动余流的动力要素,初步探讨了热带气旋等对海洋动力演化过程的影响。研究结果表明,研究海域潮流为不正规半日浅海潮流,并具有明显的半月周期,涨潮流大于落潮流,涨潮流主方向为 WNW 向,落潮流主方向为 SE—ESE向。旋转谱结果表明,研究海域以半日潮为主,逆时针能量强于顺时针,惯性周期无明显的谱峰。潮流强度的季节变化特征为冬季最强,秋季、春季次之,夏季最弱。夏、秋季的余流流速较其他季节明显偏大,表层余流有明显的季节特征,底层余流全年为北向流。观测点余流主要由风引起,二者有很好的相关性,但频率统计结果显示二者方向不一致,表明余流在地形的作用下发生了转向,其中潮致余流对表层余流贡献较小。小波能量图表明,双台风（热带气旋）期间风和余流均存在1 d及6 d左右的周期信号,二者密切相关。本研究成果对于区域海洋环保以及海域科学开发与应用具有重要的现实意义。     

孟加拉湾南部冷池的极端事件及其机理初析

本研究利用多源卫星遥感数据对比分析了2018年和2015年孟加拉湾南部冷池的极端异常事件。孟加拉湾南部冷池早期出现在5月,8月和 9月强度达到最大,10月开始减弱,随后逐渐消失。数据显示2018年和2015年冷池海表温度距平值分别为-0.55 ℃和0.43 ℃,是1993—2018年26 年中冷池降温最强和最弱的年份。2018年孟加拉湾南部冷池风应力距平值为0.02 N/m2,而2015年距平值为-0.01 N/m2。2018年Ekman抽吸速度距平在冷池区域为正,2015年为负。经混合层热收支计算得到,造成冷池产生的主要原因是平流效应,且2018年与2015年的夏季（6—8月）降温平流项分别占49.2%和80.7%。冷池极端事件主要发生在6月,2018年6月冷池降温是2015年的2.76倍,并且海表净热通量项和平流项的异常对冷池极端事件的产生起了重要作用。     

大亚湾及其邻近海域冬季温度、盐度的分布及日变化特征

根据2018年1月冬季航次的水文实测资料,详细分析了大亚湾海水温度(T)、盐度(S)的分布特征。整体而言,观测海区海表相对于海底具有高温低盐的特征;同时,无论是表层还是近底层,大亚湾湾内的海水相对于湾外都呈现高温低盐的特征。观测期间,应是受到大亚湾核电站温排水的影响,湾内西侧存在一个高温中心。盐度的差异在近底层更加明显,低盐中心位于大亚湾的湾顶和大亚湾的中部海域,而高盐中心则主要分布于湾口西侧及惠东以东附近海域。太阳辐射和潮流变化是影响大亚湾温度、盐度变化的两大重要因素。其中,太阳辐射的影响主要局限于表层3~4 m,对近底层海水的影响较小;其加热效应使湾内和湾口附近的表层海水都表现出明显的昼夜变化。由潮汐和温度、盐度的对应关系可知,潮流对湾内温度、盐度的影响较大,而对湾外温度、盐度的影响较小。     

阿拉伯海高盐水入侵孟加拉湾的季节形态及动力机制

本研究利用Argo温盐、Aquarius遥感盐度等资料,研究了阿拉伯海高盐水入侵孟加拉湾的主要路径及季节变化机制.分析显示阿拉伯海高盐水入侵孟加拉湾存在3种类型,即夏季型、冬季型和春季型.夏季型入侵发生在湾口西部,入侵时间为7—10月,净体积输送达1.53 Sv.冬季型(12月至次年1月)和春季型(3—5月)阿拉伯海高...     

ASM-IV仪器在河口近底层悬沙浓度观测分析中的应用研究

近底层悬沙时空变化对于理解河口冲淤变化有着至关重要的作用。然而,长期以来河口近底层水体悬沙浓度的连续变化大都是基于单点观测数据或水样处理获取。基于此,本研究利用光学仪器边界层悬浮物剖面测量仪(Argus Surface Meter IV,ASM-IV)获得长江口南槽近底层进行连续10 d的实测数据,探讨ASM-IV仪器监测悬沙浓度精度的有效性。结果表明:(1)传统仪器布设方法所获取的数据,相对误差高于基于ASM-IV所测误差,在大、中及小潮期间的平均误差值分别为24.15%、17.31%和16.18%;越靠近底部河床,相对误差从距底52 cm向下随距底距离的减小而逐渐增大;(2)对于近底层单宽悬沙通量测量结果而言,传统测量仪器布设方法所测量数值一般偏小;(3)大潮时期近底层1 m内的水体悬沙分布均匀,分层不明显;在中、小潮时期,与近底层1 m内平均悬沙浓度相差最大的点皆位于距底20~50 cm附近。因而,近底层悬沙浓度测量时间在大潮时期或越靠近底层,利用ASM-IV监测近底层悬沙浓度值更为准确。中、小潮时期利用单点或采集水样测量时,选取0.8H层水体悬沙浓度代替近底层悬沙浓度较最底部水体悬沙浓度更为准确。